Dennardův zákon škálování je empirickým zákonem pokroku ve výpočetní technice: " zmenšením velikosti tranzistoru a zvýšením taktu procesoru je možné úměrně zvýšit výkon."
Formulováno v článku z roku 1974, jehož jedním ze spoluautorů byl Robert Dennard [1] . Během svého výzkumu Dennard dokázal, že struktury MOS mají velký potenciál pro miniaturizaci: zmenšením lineárních rozměrů lze úměrně snížit napětí aplikované na hradlo, přičemž spínací vlastnosti tranzistoru jsou zachovány a rychlost spínání je snížena. zvýšené. Jinými slovy, čím menší je tranzistor, tím rychleji může spínat; čím rychleji může tranzistor přepínat, tím rychleji běží procesor. To znamená, že zmenšením velikosti tranzistoru a zvýšením taktovací frekvence procesoru je možné snadno zvýšit jeho výkon.
Z toho vyplynula předpověď, která určila budoucnost technologie na několik desetiletí: pro zvýšení produktivity je nutné zvýšit hustotu, frekvenci a snížit spotřebu energie [2] .
Článek o škálování nejen vysvětlil Moorův zákon , ale také jej rozšířil: Moorův zákon sám o sobě mluví o zvýšení hustoty (tedy počtu tranzistorů na jednotku plochy), ale ne o tom, že by to vedlo ke zvýšení výkonu. Dennardova zásluha spočívá v tom, že koreloval škálování s výkonem, a pokud Moore stanovil vektor pro rozvoj polovodičového průmyslu, pak Dennard přesně vysvětlil, jak se ubírat jeho směrem. Od té doby se stále zmenšující se šířka (technologický faktor) vodiče stala hlavním ukazatelem pokroku v průmyslu mikroprocesorové techniky.
Kolem roku 2005-2007 přestal fungovat zákon o škálování. V roce 2016 tedy počet tranzistorů stále rostl, ale tempo růstu výkonu procesoru se zpomalilo. Hlavním důvodem je, že jak se tranzistory zmenšují, svodové proudy vytvářejí stále více problémů: vedou k zahřívání mikroobvodu, což zase vede k tepelnému přetaktování procesoru a jeho selhání. Zákon škálování tedy spočívá na určitých mezích přiděleného výkonu procesoru ( angl. power wall ), po kterém se procesory přehřívají a stávají se nefunkčními. A tyto limity není možné překonat bez použití nekonvenčních, objemných a drahých chladicích systémů. Díky tomu od roku 2006 frekvence masových mikroprocesorů nenarostla nad cca 4 GHz.
Nedodržení Dennardova zákona a v důsledku toho nemožnost zvýšit takt procesorů vedly výrobce k další alternativě: výrobě vícejádrových procesorů . Rozpočet tranzistorů, který narostl díky Moorovu zákonu, se tak již nevynakládá na zvýšení výkonu samotného výpočetního jádra, ale na zvýšení počtu těchto jader v procesoru a umístění dalších komponent na procesorový substrát ( víceúrovňové cache , video systém , síťová rozhraní , specializované akcelerátory), které bylo předtím nutné umístit na desku samostatně.